Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия в строительстве. Лабораторные и практические работы по курсу химии. Ч.2. Учебное пособие
.pdf
{[mСuСO3]∙nСu2+∙xSO
2‒}+2(n–х)
4
·(n‒x)SO
2‒
.
4
ПР ИМ Е Р 2. Коллоидный раствор хлорида серебра был получен при сливании 500 см3 0,1 М хлорида калия и 300 см3
0,05 н раствора нитрата серебра. К катоду или к аноду будут перемещаться коллоидные частицы полученного золя в электрическом поле?
Решение
Составляем уравнение реакции взаимодействия бромида
калия KBr с нитратом серебра AgNO3, которая приводит к образованию гидрозоля бромида серебра AgBr, значит, агрегатом
будут нейтральные микрокристаллы коллоидного размера
mAgBr:
AgNO3 + KBr = KNO3 + AgBr↓.
Для определения реагента-стабилизатора, взятого в избытке, необходимо рассчитать количество эквивалентов реагентов
n
(В) и выбрать вещество с большим значением n
экв
(В):
экв
моль-экв/л.
моль-экв/л.
Так как n
(
экв
) = 0,05 моль-экв/л > n
() = 0,015 моль-
экв
экв/л, то стабилизатором будет AgNO3.
Пусть в растворе будет nAgNO3 молекул, каждая из которых диссоциирует на ионы:
AgNO3 → nAg+ + nNO
‒
.
3
Определяем ПОИ: это те ионы стабилизатора, которые входят в состав агрегата ‒ AgBr и адсорбируются на нем, т.е. ионы
nAg+.
Оставшиеся ионы стабилизатора nNO
пределяются между двумя слоями: в адсорбционный слой входят хNO
‒
, в диффузный слой (n‒x)NO
3
71
‒
будут ПРИ и рас-
3
‒
.
3
Теперь можем записать формулу гранулы
{[mAgBr]∙nAg+∙xNO
‒
}, которая имеет заряд, по знаку совпа-
3
дающий со знаком заряда ПОИ, по величине равный разности
зарядов ПОИ и ПРИ адсорбционного слоя: +(n–х).
Поскольку гранула представляет собой больших размеров
катион, то в электрическом поле она будет перемещаться к отрицательному электроду ‒ катоду.
Мицеллярная формула гидрозоля бромида серебра имеет
вид:
{[mAgBr]∙nAg+∙xNO
‒}+(n–х)
3
·(n‒x)NO
‒
.
3
2.6.2. Коагуляция гидрозолей электролитами
Расчет порога коагуляции золя по иону-коагулятору
ПР ИМ Е Р 3. Рассчитайте порог коагуляции золя по ионукоагулятору, если известно, что для коагуляции 150 см3 золя
потребуется 15 см3 раствора нитрата бария, концентрация которого равна 0,2 н (α = 75 %). Коллоидные частицы гидрозоля заряжены положительно.
Решение
Запишем уравнение диссоциации электролита нитрата бария и определим ион-коагулятор в соответствии с правилом
Шульце – Гарди: гидрозоль с положительными гранулами будет
коагулировать отрицательные ионы электролита:
Ba(NO3)2 → Ba2+ + 2NO
‒
NO
= ион-коагулятор, N(NO
3
‒
3
,
–
) = 2.
3
Вычислим порог коагуляции по формуле:
.
Для этого рассчитаем молярную концентрацию иона NO
72
моль/л.
–
:
3
Тогда
моль/л.
Расчет порога коагуляции золя по иону-коагулятору
с применением правила «шестой степени»
ПР ИМ Е Р 4. Порог коагуляции золя с отрицательно заряженными частицами карбоната натрия составляет 4,2 ммоль/л.
Пользуясь правилом «шестой степени», рассчитайте пороги коагуляции этого золя следующими электролитами: а) СаСl2;
б) Аl2(SO4)3.
Решение
Запишем уравнение диссоциации электролита хлорида
кальция и определим ион-коагулятор в соответствии с правилом
Шульце – Гарди: гидрозоль с отрицательными частицами будет
коагулировать положительные ионы электролита:
Na2CO3 → 2Na+ + CO
2‒
,
3
Na+ – ион-коагулятор, величина заряда равна 1, значит, его по-
рог коагуляции
=
ммоль/л.
Далее составляем уравнения диссоциации указанных в условии задания электролитов и определяем ионы-коагуляторы:
а) СаСl2 → Сa2+ + 2Cl‒,
Са2+ – ион-коагулятор, величина заряда равна 2, значит, его по-
рог коагуляции
б) Аl2(SO4)3 → 2Аl3+ + 3SO
=
2‒
,
4
Аl3+ – ион-коагулятор, величина заряда равна 3, значит, его по-
рог коагуляции
=
Рассчитываем пороги коагуляции золя для приведенных
электролитов, используя правило «шестой степени»: значения
порогов коагуляции одно-, двух- и трехзарядных ионов соответствуют отношению чисел 729:11:1.
а)
б)
отсюда
отсюда
ммоль/л;
ммоль/л.
73
Расчет порога коагуляции гидрозоля
под действием электролита-коагулянта
ПР ИМ Е Р 5. В две колбы поместили по 200 см3 гидрозоля
хлорида свинца (ΙΙ). Для коагуляции золя в первую колбу добавлено 4 см3 1 н раствора NaNO3, во вторую – 24 см3 0,1 н раствора CaСl2. Вычислите пороги коагуляции электролитов в моль/л
и определите знак заряда коллоидной частицы.
Решение
Вычислим порог коагуляции данных в условии электролитов, используя формулу:
,
для этого сначала рассчитаем молярную концентрацию электролитов:
с
к
с
з
моль/л,
моль/л,
мольл,
моль/л.
Для определения знака коллоидной частицы будем пользоваться правилом Шульце – Гарди: 1) коагуляцию золя вызывает
тот ион электролита, который имеет заряд, противоположный
заряду коллоидной частицы; 2) чем больше величина заряда
иона-коагулятора, тем меньше порог коагуляции электролита.
Запишем уравнения диссоциации указанных электролитов
и сравним значения их порогов коагуляции:
NaNO3 → Na+ + NO
‒
, ск(NaNO3) = 0,0196 моль/л,
3
CaCl2 → Сa2+ + 2Cl‒, ск(CaCl2) = 0,0054 моль/л,
ск(NaNO3) > ск(CaCl2).
74
Так как в электролитах анионы имеют одинаковые заряды,
то устанавливаем зависимость между величинами зарядов катионов и порогами коагуляции: величина заряда иона Сa2+
больше, чем у иона Na+, а порог коагуляции меньше у электролита Ca(NO3)2. В соответствии с правилом Шульце – Гарди коагулирующим ионом будет Сa2+. Поскольку заряд у коагулирующего иона положительный, то коллоидная частица заряжена отрицательно.
Расчет объема электролита для коагуляции гидрозоля
ПР ИМ Е Р 6. Коагуляция гидрозоля СаСО3, стабилизированного раствором Na2СО3, производилась в одном случае раствором АlCl3, в другом – раствором K2SO4. Пороги коагуляции
по этим веществам составили 0,00006 моль/л и 0,009 моль/л соответственно. Установите, какой порог коагуляции соответствует K2SO4. Рассчитайте, какой объем 2 н раствора K2SO4
(α = 70 %) необходимо взять для коагуляции 800 см3 гидрозоля.
Решение
По условию задания стабилизатором гидрозоля СаСО3 будет раствор электролита ‒ Na2СО3. Пусть в растворе будет
nNa2СО3 молекул, каждая из которых диссоциирует на ионы:
nNa2СО3 → 2nNa + + nСО
2‒
.
3
Определяем ПОИ: это те ионы стабилизатора, которые входят в состав агрегата ‒ СаСО3 и адсорбируются на нем, т.е. ионы
2‒
nСO
.
3
Оставшиеся ионы стабилизатора 2nNa+ будут ПРИ и распределяются между двумя слоями: в адсорбционный слой входят xNa+, в диффузный слой (2n‒x)Na+.
Теперь можем записать формулу гранулы
{[mСаСО3]∙nСO
2‒
∙Na+}, которая имеет заряд, по знаку совпа-
3
дающий со знаком заряда ПОИ, по величине равный разности
зарядов ПОИ и ПРИ адсорбционного слоя: ‒(2n–х).
Мицеллярная формула гидрозоля карбоната кальция, стабилизированная Na2СО3, имеет вид:
{[mСаСО3]∙nСO
2‒
3
∙Na +}
‒(2n–х)
·(2n‒x)Na +.
75
Далее составляем уравнения диссоциации указанных в условии задания электролитов и определяем ионы-коагуляторы:
AlCl3 → Al3+ + 3Cl‒,
K2SO4→ 2K+ + SO
2‒
.
4
В соответствии с правилом Шульце – Гарди: 1) для гидрозоля с отрицательными частицами ионом-коагулятором будет положительный ион; 2) чем больше величина заряда ионакоагулятора, тем меньше порог коагуляции электролита. По
этой причине в электролите AlCl3 ионом-коагулятором будет
Al3+, величина заряда которого равна 3, а в электролите K2SO4 ‒
K+, величина заряда которого равна 1. Значит, для электролита
K2SO4 будет больший порог коагуляции, который равен
0,009 моль/л.
Для расчета объема раствора K2SO4 запишем формулу порога коагуляции по иону-коагулятору и выразим из нее искомую
величину:
.
Для этого рассчитаем молярную концентрацию иона K+:
моль/л.
Вычисляем объем раствора электролита K2SO4:
= 0,055 л.
76
Вариант
Раствор А
Раствор В
Вариант
Раствор А
Раствор В
1
AsCl3
K2S
16
HCl
K2SiO3
2
Na2S
СdCl2
17
АlCl3
KOH
3
NaOH
FeCl3
18
AgNO3
KBr 4 FeCl3
KOH
19
MgBr2
K2CO3
5
Со(NO3)
2
K2S
20
Ca(NO2)
2
Na2SO3
6
Na2CO3
AgNO3
21
H2SO4
K2SiO3
7
BaCl2
Na2SO
3
22
K3PO4
CaI2
8
NaF
MgCl2
23
CuSO4
NaOH
9
Pb(NO3)2
KI
24
CoCl2
K2CO3
10
NaF
Pb(NO3)2
25
MnBr2
NaOH
11
Ni(NO3)2
(NH4)2S
26
Cu(NO3)2
(NH4)3PO
4
12
K2S
Ni(NO3)2
27
Pb(NO3)
2
Na2SO
4
13
AgNO3
K2CrO4
28
ZnCl2
NH4OH
14
K2SO4
Ba(NO3)2
29
CuCl2
K2S
15
Na2SiO3
MgCl
2
30
SnSO4
Na3PO4
2.7. Задания для самостоятельной работы
2.7.1. Задание по теме «Получение и строение
мицеллы гидрозоля»
Выполните задание (в соответствии с вариантом), исполь-
зуя данные таблицы:
1. Составьте формулу мицеллы гидрозоля, образованного
в результате медленного добавления: а) раствора В к раствору А; б) раствора А к раствору В.
2. Укажите структурные части полученной мицеллы.
3. Определите, к какому электроду будут перемещаться
гранулы этого гидрозоля в электрическом поле.
77
2.7.2. Задание по теме «Коагуляция гидрозолей
электролитами»
Решите задачу (в соответствии с вариантом):
1. Порог коагуляции гидрозоля Ag2S под действием KCl
равен 4,9∙10–2 моль/л. С помощью правила «шестой степени»
рассчитайте пороги коагуляции, вызываемые электролитами
BaCl2 и AlCl3. Частицы гидрозоля заряжены отрицательно.
2. Рассчитайте порог коагуляции золя по иону-коагулятору,
если известно, что для коагуляции 300 см3 золя потребуется
25 см3 раствора хлорида кальция, концентрация которого равна
1,0 н (α = 75 %). Коллоидные частицы гидрозоля заряжены от-
рицательно.
3. В три колбы налито по 100 см3 гидрозоля хлорида сереб-
ра. Для коагуляции золя в первую колбу добавлено 2 см3 1 н
раствора NaNO3, во вторую – 12 см3 0,1 н раствора Ca(NO3)2,
а в третью – 7 см3 0,001 н раствора Al(NO3)3. Вычислите пороги
коагуляции электролитов в моль/л и определите знак заряда
коллоидной частицы.
4. Гидрозоль сульфата бария получен путем сливания
150 см3 0,01 М раствора BaCl2 и 120 см3 0,02 М раствора Na2SO4.
Для коагуляции этого золя потребовалось 5 см3 0,1 М раствора
K2CO3 (α = 85 %). Определите порог коагуляции золя под действием иона-коагулятора электролита K2CO3.
5. Порог коагуляции золя с положительно заряженными
частицами хлорида натрия составляет 3,8 моль/л. Пользуясь
правилом «шестой степени», рассчитайте пороги коагуляции
этого золя следующими электролитами: а) Na3PO4; б) ZnSO4.
6. Золь иодида серебра получен смешением равных объе-
мов раствора иодида калия с концентрацией 0,01 моль/л и раствора нитрата серебра с концентрацией 0,015 моль/л. Какой из
электролитов – Na2SO4 или CaCl2 – будет обладать большей коагулирующей способностью? Для этого электролита рассчитайте
порог коагуляции по иону-коагулятору, если на 400 см3 золя израсходовано 30 см3 0,2 н раствора электролита, степень диссоциации которого 85 %.
78
7. Золь гидроксида меди получен при сливании 0,1 л
0,025 М раствора NaOH и 0,25 л 0,0005 М раствора Cu(NO3)2.
Какой из прибавленных электролитов – KBr, Ba(NO3)2, MgSO4,
AlCl3 – имеет минимальный порог коагуляции? Для этого элек-
тролита рассчитайте порог коагуляции по иону-коагулятору,
если на 100 см3 золя израсходовано 3 см3 0,6 н раствора электролита, степень диссоциации которого 75 %.
8. Коагуляция гидрозоля Fe(ОН)3, стабилизированного рас-
твором NaОН, производилась в одном случае раствором CaCl2,
в другом – раствором Na2SO4. Пороги коагуляции по этим веществам составили 0,004 моль/л и 0,256 моль/л. Установите, какой
порог коагуляции соответствует Na2SO4. Рассчитайте, какой
объем 2 н раствора Na2SO4 (α = 65 %) необходимо взять для коагуляции 500 см3 гидрозоля.
9. Коллоидный раствор сульфида марганца (II) был полу-
чен при сливании 300 см3 0,2 М хлорида марганца и 200 см3
0,01 н раствора сульфида натрия. К катоду или к аноду будут
перемещаться коллоидные частицы полученного золя в электрическом поле? Для коагуляции этого золя потребовалось 9 см3
0,8 н раствора Na2SO4 (α = 75 %). Определите порог коагуляции
золя под действием иона-коагулятора электролита Na2SO4.
10. Порог коагуляции гидрозоля с отрицательно заряжен-
ными частицами хлорида калия составляет 6,2 ммоль/л. Пользуясь правилом «шестой степени», оцените порог коагуляции этого золя следующими электролитами: а) AlCl3; б) ZnSO4.
11. Для коагуляции 100 см3 гидрозоля добавили: а) 4 см3
0,1 М раствора Na2SO4 (α = 90 %); б) 16 см3 0,6 М раствора CaCl2
(α = 60 %). Определите заряд коллоидной частицы и ион-
коагулятор, для которого порог коагуляции имеет меньшую величину. Вывод подтвердите расчетом порогов коагуляции по
соответствующим ионам электролитов.
12. Гидрозоль оксалата кальция получен путем сливания
50 см3 0,01 М раствора Na2C2O4 и 20 см3 0,05 М раствора CaCl2.
Для коагуляции этого золя потребовалось 3 см3 0,2 н раствора
Na2CO3 (α = 90 %). Определите порог коагуляции золя под действием иона-коагулятора электролита Na2CO3.
79
13. Для коагуляции 600 см3 гидрозоля добавили: а) 128 см3
1,6 н раствора K2SO4 (α = 90 %); б) 6 см3 0,2 М раствора BaCl
(α = 80 %). Определите заряд коллоидной частицы и ион-
коагулятор, для которого порог коагуляции имеет меньшую величину. Вывод подтвердите расчетом порогов коагуляции по
соответствующим ионам электролитов.
14. Гидрозоль фосфата бария получен путем сливания
800 см3 0,01 М раствора K3РО4 и 200 см3 0,02 М раствора
Ba(NO2)2. Для коагуляции этого золя потребовалось 25 см3 0,1 М
раствора AlCl3.
15. Порог коагуляции гидрозоля с положительно заряжен-
ными частицами хлорида калия составляет 6,3·10–2 ммоль/л.
Пользуясь правилом «шестой степени», рассчитайте порог коагуляции этого золя следующими электролитами: а) Al2(SO4)2;
б) Na3PO4.
16. Гидрозоль BaSO4 стабилизирован раствором Na2SO4.
Для коагуляции 2400 см3 золя потребовалось 675 см3 0,2 н раствора KCl (α = 80 %). Определите ион-коагулятор и рассчитайте
порог коагуляции золя под действием этого иона.
17. Гидрозоль гидроксида алюминия стабилизирован рас-
твором AlCl3. Порог коагуляции золя по иону-коагулятору электролита Fe2(SO4)3 равен 0,002 моль/л. Рассчитайте порог коагуляции по иону-коагулятору раствора KCl и объем 3 н раствора
KCl (α = 60 %), необходимый для коагуляции 500 см3 гидрозоля.
18. Гидрозоль карбоната хрома cтабилизирован раствором
Na2CO3. Порог коагуляции золя по NH4Cl равен 0,22 моль/л.
Рассчитайте порог коагуляции по иону-коагулятору раствора
Fe2(SO4)2 и объем 0,18 н раствора Fe2(SO4)2 (α = 90 %), необхо-
димый для коагуляции 2500 см3 гидрозоля.
19. Гидрозоль карбоната магния cтабилизирован раствором
K2CO3. Порог коагуляции золя по NaCl равен 0,35 моль/л. Рассчитайте порог коагуляции по иону-коагулятору раствора
Fe2(SO4)2 и объем 0,2 н раствора Fe2(SO4)2 (α = 85 %), необходи-
мый для коагуляции 1500 см3 гидрозоля.
20. Гидрозоль сульфита магния получен путем сливания
500 см3 0,01 М раствора Na2SO3 и 60 см3 0,04 н раствора MgCl2.
2
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]